提高板式換熱器換熱效率的技術(shù)探討

張卓哲　王浙冉

摘要：在化工、冶金、供熱、醫(yī)藥等行業(yè)上開始使用板式換熱器有著提高換熱效率、控制維修成本增加經(jīng)濟收益等各方面優(yōu)勢。通過多年的設(shè)計、實際經(jīng)驗為基石，本文主要討論是有關(guān)板式換熱器的設(shè)計結(jié)構(gòu)及使用的優(yōu)缺點等有關(guān)問題，最后還提出了針對性的優(yōu)化方案；另論述了板式換熱器的常規(guī)設(shè)計及優(yōu)化方案，還有計算流體力學(xué)設(shè)計的相應(yīng)討論，為的是獲得能夠有效提高其換熱效率的方法。

關(guān)鍵詞：板式換熱器；換熱效率；結(jié)構(gòu)；傳熱系數(shù)

本論文探討的技術(shù)內(nèi)容主要有：管板厚度計算、折流板選型計算、換熱管的分布、開孔補強的計算還有各種零件材料的選取等工程。在實際工程中，整個設(shè)計的內(nèi)容不僅要嚴格滿足國家的相關(guān)規(guī)范標準要求，同時還要滿足好客戶的設(shè)計需求，通過優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)、維護設(shè)備運行等來提高換熱效率，進而為業(yè)主提高經(jīng)濟效益，才能在激烈的設(shè)計市場競爭中勝出。

一、板式換熱器的結(jié)構(gòu)分析

板式換熱器的換熱原件材料主要是純鈦和不銹鋼等，厚度在0.5mm～1.0mm的金屬壓片。板片壓制的時候為了能有更好的抗變形能力、換熱面積、流體湍流程度及剛度，一般會使用波紋型以及槽形模具來加工。為了達到相應(yīng)的換熱目的，還會將螺栓進行壓緊和固定，從而使用孔形成的流體通道來對流體進行運輸。調(diào)節(jié)好板片之間的組合，讓板片內(nèi)部可以形成均勻網(wǎng)流，從而有效提高傳熱的效率。從部件的功能方面來看，板片主要分為固定部件、支撐部件、換熱部件、支撐部件、導(dǎo)流部件還有換熱部件，這五個部分當(dāng)中最為重要的是換熱部件，需要從流體力學(xué)及熱傳學(xué)的角度來對換熱部件的設(shè)計和選用進行研究。板片的設(shè)計結(jié)構(gòu)有許多種，國內(nèi)主要是以使用人字形波紋為主，主要分類為橫向和縱向人字形波紋兩種，該種結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀流動板型結(jié)構(gòu)，流體介質(zhì)在板片之間的通道流過時，因鋪滿的接觸點而產(chǎn)生螺旋狀流動，從而讓介質(zhì)的流動速度加快，同時還能減少低層流層的厚度，將對流換熱的效果得到大幅度提升。經(jīng)過一系列的試驗之后發(fā)現(xiàn)，若將水作為介質(zhì)，當(dāng)雷諾數(shù)保持在20～200之間，同時速度達到0.2m/s～0.5m/s之間，就能有湍流狀態(tài)，從而將傳熱系數(shù)大幅度提高。

二、板式換熱器的特點

結(jié)構(gòu)緊湊：與其他種類的換熱器進行比較的話，板式換熱器由于其板片能夠緊密地排列在一起，這樣占地空間和面積就能大幅度減少，舉例來說，在面積相同的情況下，板式換熱器的只有列管換熱器的1/5。容易清洗拆裝方便：由于板式換熱器是夾固板同板片相互夾緊組成的，所以其拆裝的難度很低，打開清洗一次工時也很少.另板面十分光滑，有很高的湍流程度，所以很難有污垢殘留。使用壽命長：板式換熱器使用的是耐腐蝕性很強的不銹鋼以及鈦合金板片，同時還能隨意更換膠墊，拆裝維修十分的方便。適應(yīng)性強：板式換熱器可以做到按照要求對流程進行增減，有著多種多樣的形式。不串液，由于密封槽設(shè)置了相應(yīng)的泄液液道，不會出現(xiàn)介質(zhì)串通的現(xiàn)象，即使有泄漏的情況出現(xiàn)，泄漏的介質(zhì)也會向換熱器之外排出。

三、維修保養(yǎng)

1）要針對水質(zhì)、溫度以及介質(zhì)的相應(yīng)熱性等因素對換熱器進行定期的拆解檢查，然后對污垢進行清理的工作。清洗的時候不能用金屬刷子，為的是避免板片表面劃傷以及抗腐蝕性能降低，可以讓碳酸鈉溶液和棕刷子進行搭配使用來清洗?？梢允褂枚虝旱姆催\行的方式來對管道內(nèi)殘存的、沉積的泥沙以及沉淀雜物進行清理，其效果也是很不錯的。

2）損壞的板片應(yīng)及時進行更換。如沒有備用板片，在操作允許的情況下可以拆下兩個相鄰板片（兩張板片不應(yīng)是換向板片而應(yīng)是帶四孔的板片），夾緊尺寸應(yīng)相應(yīng)減少。

3）對于老化了的密封墊要及時更換。若是有板片和密封墊脫落的情況，就需要用稀料將板片密封槽內(nèi)的粘接劑清除干凈之后再用適量的粘接劑進行再次粘接工作。

4）在進行組裝換熱器的時候始終保持好板片和密封墊的清潔和整齊程度，嚴格遵守相應(yīng)的組裝形式圖來展開組裝工作，螺柱在做到壓緊的同時還不能過緊。

5）冬季等寒冷環(huán)境之下要先將板式換熱器停止工作，排掉介質(zhì)之后才能進行更換。

四、設(shè)備清洗

1）當(dāng)熱效率不足、壓降開始明顯改變的時候要對板式換熱器進行清洗工作。

2）可以對板片進行逐張清洗，若是結(jié)垢現(xiàn)象嚴重的話就要將板片拆解下來然后水平放置來進行刷洗工作。

3）可以使用化學(xué)清洗劑在設(shè)備的內(nèi)部進行內(nèi)循環(huán)清洗，還可以使用軟刷來進行機械清洗，但是不能用鋼刷，為的是不將板片劃傷。

4）當(dāng)沖洗的工作結(jié)束之后還需要用干凈的布將板片擦拭干，同時不能有各種異物灰塵等各種雜質(zhì)殘留在板片和膠墊之間。

5）清洗的時候要保證膠墊和脫膠膠墊粘貼穩(wěn)定，讓其做到貼合均勻，并把多于的粘合劑擦去。

五、故障處理

1）運行的時候設(shè)備通常會出現(xiàn)滲漏、串液和泄漏的故障。

2）夾緊的尺寸不足，沒有將墊片粘接好，有異物殘存在墊片之上都會導(dǎo)致滲漏的故障，可以通過夾緊螺柱或者拆裝設(shè)備來進行解決。

3）如果在設(shè)備工作時才出現(xiàn)部分滲漏的現(xiàn)象，就應(yīng)該把壓力降到零，把螺柱擰緊，每次擰緊2到3mm，若是還不能解決則就應(yīng)該將膠墊進行更換。根據(jù)實際設(shè)計及運行經(jīng)驗，板式換熱器的膠墊耐壓耐溫一般不超過0.4Mpa飽和蒸汽（溫度152℃），超過壓力和溫度后，就很容易出現(xiàn)膠墊腐蝕滲漏現(xiàn)象。

4）經(jīng)過長期的工作之后膠墊會出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，這樣的情況即使加緊尺寸也無法解決，只能對其進行更換操作。

5）當(dāng)板片出現(xiàn)裂紋或者穿孔的時候就會有串液的現(xiàn)象，這時候就要拆解設(shè)備進行板片的檢查，損壞嚴重的要對板片進行更換。

六、結(jié)語

現(xiàn)如今這個時代，換熱器的設(shè)計隨著計算軟件和相關(guān)的技術(shù)優(yōu)化也在不斷的發(fā)展當(dāng)中，但是由于各方面的影響因素使得換熱器的設(shè)計還不能夠滿足用戶的需求。所以相關(guān)的從業(yè)人員就應(yīng)該對其加工工藝進行更加深入的研究和探討，掌握好CFD技術(shù)來對設(shè)計的層次進行提高，對設(shè)備結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)運行方式等方面進行優(yōu)化。

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